Возведена на пожертвования в течение 6 месяцев в 1914 году, приурочена к 20-ой годовщине закладки железнодорожного моста через Обь, положившего начало развитию города; а также к 300-летию императорской династии Романовых. Освящена 6 декабря 1914 года.
Спроектировал здание А.Д. Крячков, вдохновленный новгородскими архитектурными мотивами 11-14 веков. Строительство благословил епископ Томский и Алтайский Анатолий, подарив икону Святого Николая, содержащую частицу мощей великомученика Пантелеймона.
Изначально часовня являлась пересечением улицы Тобизеновской (сегодня - Максима Горького) с Николаевским (Красным) проспектом и являлась географическим центром страны в пределах ее территории того времени. Сегодня центр находится в Эвенкийском районе Красноярского края и отмечен памятным знаком.
Как и многие святыни, часовня пострадала в советские времена, пережив закрытие и последующий снос в 1929 году с полной конфискацией имущества. Ей на смену была установлена статуя «Комсомолец», а позже памятник И.В. Сталину (дошедший до 1950-х годов).
Восстановили часовню только в постсоветское время. 21 сентября 1991 года освятили закладной камень в ее основании, совершив крестный ход от Вознесенского кафедрального собора. А непосредственно возрождение случилось в 1993 году, совпав со столетним юбилеем города Новосибирска. Спроектировал обновленную часовню архитектор П.А. Чернобровцев. Принцип расположения отстранился от ориентации на стороны света в пользу линии Красного проспекта и часовня сместилась на 50 метров в сторону Оби.
Патриарх Московский и Всея Руси Алексий Второй одарил часовню иконой Святого Николая в 2002 году, а через год в нее была помещена частица мощей Николая Чудотворца.
